專利名稱：用于高溫應(yīng)用的氧化物多層和燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及光學(xué)多層涂層。具體地，本文的一些實(shí)施方案涉及具有耐高溫性的光學(xué)多層涂層以及它們?cè)跓艉推渌鼞?yīng)用中的用途。
背景技術(shù)：
光學(xué)干涉涂層，有時(shí)也稱為薄膜光學(xué)涂層或?yàn)V光器，包含具有不同的折射率的兩種或更多種材料的交替的層。一些這樣的涂層或膜已用于選擇性反射或透射來(lái)自電磁輻射波譜的各個(gè)部分的光輻射，例如紫外、可見(jiàn)和紅外輻射。例如，光學(xué)干涉涂層通常在燈行業(yè)中用于涂布反射器和燈外殼(envelope)。其中光學(xué)干涉涂層有用的一種應(yīng)用為通過(guò)以下改進(jìn)燈的照明效率或功效將發(fā)出的能量(例如，通過(guò)燈絲或電弧)朝向燈絲或電弧反射，同時(shí)透射通過(guò)光源發(fā)出的電磁波譜的可見(jiàn)光。這降低光源保持其操作溫度所需的電能的量。
光學(xué)干涉涂層通常包含兩種不同類型的交替的層，一種具有低折射率而另一種具有高折射率。使用這兩種具有不同的折射率的材料，可設(shè)計(jì)可在燈外殼的表面上沉積的光學(xué)干涉涂層。在一些情況下，涂層或?yàn)V光器透射由光源發(fā)出的可見(jiàn)光波譜區(qū)中的光，同時(shí)其反射紅外光。返回的紅外光在燈操作期間加熱光源，結(jié)果是，涂布的燈的流明輸出比未涂布的燈的流明輸出顯著更大。隨著白熾燈和鹵素?zé)舻臐撛谀芰抗苤频牡絹?lái)，開(kāi)發(fā)和引入能量有效的產(chǎn)品越來(lái)越重要。發(fā)明概述
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及一種包含多個(gè)交替的第一和第二層的光學(xué)干涉多層涂層，第一層具有相對(duì)低的折射率而第二層具有比第一層相對(duì)更高的折射率。第二層包含至少NbTaZr 氧化物，滿足以下原子比Nb/(Nb+Ta+Zr)〈約 30 ;和 Ta/(Nb+Ta+Zr) > 約 50。本發(fā)明的另一實(shí)施方案涉及一種燈，所述燈包含具有表面的透光外殼和至少一個(gè)光源，外殼至少部分封裝所述至少一個(gè)光源。透光外殼的至少一部分表面提供有光學(xué)干涉多層涂層。涂層包含多個(gè)交替的第一和第二層，第一層具有相對(duì)低的折射率而第二層具有比第一層相對(duì)更高的折射率。第二層包含至少NbTaZr氧化物，滿足以下原子比Nb/(Nb+Ta+Zr) < 約 30 ;和 Ta/ (Nb+Ta+Zr) > 約 50。由以下詳細(xì)說(shuō)明可以更好地理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖簡(jiǎn)述
現(xiàn)在參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方案。圖I為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的一個(gè)示例性燈的示意性描述。圖2為比較材料的鏡面透射率的圖表。圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的一種示例性材料的鏡面透射率的圖表。圖4代表根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的一種示例性材料的X-射線結(jié)晶學(xué)數(shù)據(jù)。圖5顯示比較材料和一種示例性材料的顯微照片。發(fā)明詳述
根據(jù)實(shí)施方案，提供包含多個(gè)交替的第一和第二層的光學(xué)干涉多層涂層。第一層具有相對(duì)低的折射率，而第二層具有比第一層相對(duì)更高的折射率。在特性上，一些或全部第二層包含至少一些NbTaZr氧化物。在一些實(shí)施方案中，全部第二層實(shí)質(zhì)上完全由NbTaZr氧化物組成。本發(fā)明的實(shí)施方案的涂層可用于期望或通常使用光學(xué)干涉涂層的各種各樣的應(yīng)用中的任何種類。這些包括例如照明應(yīng)用(例如，燈)、光學(xué)波導(dǎo)、反射器、裝飾材料、安全印刷等。本發(fā)明實(shí)施方案的涂層的耐高溫性的結(jié)果是，它們也可用于需要耐高溫性的許多應(yīng)用，例如在激光應(yīng)用或其它高溫光學(xué)(例如在高速航空器或?qū)?中。在一些實(shí)施方案中，涂層設(shè)置為用于選擇性反射一部分電磁波譜，同時(shí)透射另一部分電磁波譜。例如，涂層可用作“冷鏡”或“熱鏡”?！袄溏R”為反射可見(jiàn)光同時(shí)允許較長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外能量通過(guò)濾光器的光學(xué)濾光器?！盁徵R”為反射紅外輻射同時(shí)允許較短波長(zhǎng)的可見(jiàn)光通過(guò)濾光器的光學(xué)濾光器。本文中熱鏡的一種非限制性應(yīng)用是將紅外熱量返回到燈的燈絲以提高燈效率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所用的NbTaZr氧化物的化學(xué)組成同時(shí)滿足以下原子比 兩者Nb/(Nb+Ta+Zr)〈約 30 ;和，Ta/(Nb+Ta+Zr) > 約 50。在 NbTaZr 氧化物中，其余的金屬可實(shí)質(zhì)上為Zr。在一個(gè)更具體的實(shí)施方案中，所用的NbTaZr氧化物可同時(shí)滿足以下原子比兩者約 5〈Nb/(Nb+Ta+Zr)〈約 30 ;和，約 80>Ta/(Nb+Ta+Zr) > 約 50。同樣，在 NbTaZr氧化物中，其余的金屬可實(shí)質(zhì)上為Zr。在另一個(gè)更具體的實(shí)施方案中，NbTaZr氧化物可滿足原子比約 5〈Nb/(Nb+Ta+Zr)〈約 10 ;和，約 75>Ta/(Nb+Ta+Zr) > 約 65 ;和，約 20<Zr/(Nb+Ta+Zr)〈約 25。采用的NbTaZr氧化物可稱為混合金屬氧化物。本文使用的術(shù)語(yǔ)“混合金屬氧化物”可定義為金屬氧化物的混合物；金屬氧化物的固溶體；金屬氧化物的化學(xué)計(jì)量或非化學(xué)計(jì)量化合物；或前述物質(zhì)的組合。例如，并且僅通過(guò)舉例的方式，“NbTaZr氧化物”旨在是指任何一種或多種以下物質(zhì)(I)包含氧化鈮、氧化鉭和氧化鋯的混合物；(2) Nb2O5, Ta2O5和ZrO2的固溶體；(3)化合物NbaTabZreOd,其中a、b和c為正實(shí)數(shù)，并且d=2. 5a+2. 5b+2c(當(dāng)Nb為五價(jià)時(shí))或d=l. 5a+2. 5b+2c (當(dāng)Nb為三價(jià)時(shí))；(4)氧缺乏的非化學(xué)計(jì)量化合物NbaTabZre0d_s，其中a、b、c、d如上所述，并且S小于約0. 2 ; (5)氧過(guò)量的非化學(xué)計(jì)量化合物NbaTabZre0d+s,其中a、b、c、d和S如上所述；或前述物質(zhì)的組合等。例如,“NbTaZr氧化物”可包括相應(yīng)的氧化物(例如，在混合物中)的離散的分子；或者可為Nb/Ta/Zr基質(zhì)的氧化物。如所述的，光學(xué)干涉多層涂層的第一層具有相對(duì)低的折射率，因此有時(shí)稱為“低指數(shù)”層。這些第一層通常與第二層至少光譜相鄰，并且更通常還與第二層物理相鄰。通常，但不總是必然，第一和第二層既交替又相鄰。通常，當(dāng)在波長(zhǎng)為550 nm的光中測(cè)量時(shí)，低指數(shù)層可由折射率為約I. 35-約1.7的材料組成。通常，這些低指數(shù)層可包括獨(dú)立地選自以下的材料陶瓷材料、耐火材料、硅、金屬或準(zhǔn)金屬的氧化物、金屬或準(zhǔn)金屬的氮化物;金屬或準(zhǔn)金屬的氟化物等。金屬的氟化物可包括例如MgF2的化合物。通常，這些低指數(shù)層可包括氧化硅，例如玻璃或石英或其它形式的無(wú)定形或結(jié)晶二氧化硅。由于其低折射率、低成本和有利的熱性質(zhì)，最常采用的低指數(shù)材料為一種或多種形式的SiO2 ( 二氧化硅)。通常，第二層(有時(shí)稱為“高指數(shù)”層)由在550 nm下折射率為約I. 7-約2. 8的材料組成。除了上述第二層的NbZrTa氧化物組分以外，另外的高指數(shù)材料可獨(dú)立地選自一種或多種選自Ti、Hf、W、Mo和In的金屬的一種或多種氧化物(或混合氧化物)等。根據(jù)實(shí)施方案，光學(xué)干涉多層涂層的幾何學(xué)厚度可為約0. 001微米(“微米”)_約25微米。更通常，幾何學(xué)厚度可為約I-約20微米；或約3-約18微米。涂層的這樣的厚度的測(cè)量通常不包括任何基材的厚度。對(duì)于光學(xué)干涉多層涂層設(shè)置成充當(dāng)反射紅外輻射和透射可見(jiàn)輻射的通帶濾光器的應(yīng)用，相對(duì)較厚的總涂層可導(dǎo)致較高的效率。單個(gè)的高和低折射率層通常厚度可為約20 nm-約500 nm，或者有時(shí)為約10nm-約200 nm。根據(jù)實(shí)施方案，光學(xué)干涉多層涂層可具有任何層數(shù)，或者更具體地，約4-約250(含4和250)層的任何整數(shù)的總層數(shù)。具體預(yù)期它們之間的所有整數(shù)值。不同的應(yīng)用需要不同的層數(shù)，其中每個(gè)單個(gè)的第一和第二層具有不同的厚度。在一些具體的實(shí)施方案中，光學(xué)干涉多層涂層可具有約120的總層數(shù)，其中幾何學(xué)厚度為約11微米，或者可具有約210的總層數(shù)，其中幾何學(xué)厚度為約18微米。根據(jù)某些實(shí)施方案，光學(xué)干涉多層充當(dāng)熱鏡，即，其透射由光源發(fā)出的在可見(jiàn)光波 譜區(qū)中的光，同時(shí)其反射紅外光。在這樣的實(shí)施方案中，光學(xué)干涉多層涂層在400-750 nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)光中可具有大于約60%的平均透射率。當(dāng)設(shè)置為熱鏡時(shí)，光學(xué)干涉多層涂層在紅外區(qū)中可具有如下的平均反射率值在800-1500 nm波長(zhǎng)的電磁波譜的紅外區(qū)中大于約50% ;在1500-2500 nm波長(zhǎng)的紅外區(qū)中大于約40% ;和在2500-3500 nm波長(zhǎng)的紅外區(qū)中大于約30%。某些實(shí)施方案中，光學(xué)干涉多層涂層可設(shè)置成能透射可見(jiàn)光和反射波譜的紫外區(qū)部分。例如，涂層可設(shè)置為在可見(jiàn)光中提供大于60%的平均透射率和在300-370 nm波長(zhǎng)的電磁波譜的紫外區(qū)中提供大于約30%(或甚至大于約60%)的平均反射率。通過(guò)將本文公開(kāi)的高折射率材料用于光學(xué)干涉涂層的高指數(shù)層，人們可得到可耐頻繁溫度變化的材料，尤其是包括提高至800°C或甚至更高的變化。這樣的耐高溫性的一種表現(xiàn)在于，本發(fā)明的實(shí)施方案的涂層通常不遭受過(guò)度分層或裂紋。例如，光學(xué)干涉多層涂層通常能在室溫和大于或等于約800°C之間重復(fù)循環(huán)，而不會(huì)顯著機(jī)械劣化第二(高指數(shù))層或第一層或兩者。增強(qiáng)的耐溫度性的另一個(gè)表現(xiàn)在于，本發(fā)明的實(shí)施方案的涂層通常在可見(jiàn)光區(qū)中不遭受過(guò)度光散射，甚至在暴露于約800°C或甚至更高(例如，約825°C)的非常高的溫度之后。本發(fā)明的實(shí)施方案的多層涂層可通過(guò)已知用于沉積涂層材料的任何合適的沉積技術(shù)來(lái)沉積。例如，多層涂層可通過(guò)物理氣相沉積過(guò)程(PVD)或通過(guò)化學(xué)氣相沉積過(guò)程(CVD)來(lái)沉積。通常，采用的PVD過(guò)程可選自熱蒸發(fā)；RF蒸發(fā)；電子束蒸發(fā)；反應(yīng)性蒸發(fā)；DC濺射；RF濺射；微波濺射；磁控管濺射；微波增強(qiáng)DC磁控管濺射；電弧等離子體沉積；反應(yīng)性濺射；激光燒蝕；和它們的組合等。通常，采用的CVD過(guò)程可選自大氣壓CVD ;低壓CVD ；高真空CVD ;超高真空CVD ;氣溶膠輔助CVD ;直接液體注射CVD ;微波等離子體輔助CVD ;等離子體增強(qiáng)CVD ;遠(yuǎn)程等離子體增強(qiáng)CVD ;原子層CVD ;熱金屬絲CVD ;金屬-有機(jī)CVD ;混合物理-化學(xué)氣相沉積；快速熱CVD ;汽相外延；和它們的組合等。如通常所理解的，在典型的化學(xué)氣相沉積過(guò)程中，將基材暴露于一種或多種揮發(fā)性或氣體樣前體(通常為分子前體)，該前體在基材表面上反應(yīng)和/或分解，以產(chǎn)生期望的沉積物。存在多種不同類型的CVD過(guò)程，其可通過(guò)它們的操作壓力的特征、蒸氣的特性、能量輸入的類型或其它特征而分類。所有以下包括在“CVD”過(guò)程的范圍內(nèi)(在該術(shù)語(yǔ)用于本文時(shí))。例如，一些CVD過(guò)程包括大氣壓CVD ;低壓CVD (LPCVD)(其中化學(xué)氣相沉積通常在亞大氣壓下進(jìn)行)；和高-或超高真空CVD，其通常在低于約10_6 Pa下進(jìn)行。在其它形式的CVD中，前體不局限于氣態(tài)氣溶膠輔助CVD采用前體作為液體-氣體氣溶膠，而直接液體-注射CVD (DLICVD)使用液體形式的前體，其注射和傳輸至基材。一些CVD方法通過(guò)高能裝置輔助，例如微波等離子體輔助CVD (MPCVD)、等離子體增強(qiáng)(或等離子體輔助)CVD(PECVD)和遠(yuǎn)程等離子體增強(qiáng)CVD (RPECVD)。其它類型的CVD可包括原子層CVD (ALCVD)、熱金屬絲CVD (HWCVD)、金屬-有機(jī)CVD (MOCVD);混合物理-化學(xué)氣相沉積(HPCVD)、快速熱CVD (RTCVD)、汽相外延(VPE)等。這些相應(yīng)類型的CVD不總是旨在相互排他；因此，還預(yù)期采用多于一種前述CVD過(guò)程的組合。當(dāng)LPCVD用于沉積多層涂層時(shí)，其通常可采用在美國(guó)專利5，143，445號(hào)中所描述的過(guò)程。此外，在共同擁有的美國(guó)專利5，412，274中所示的任何條件和前體可適用于本公開(kāi)。另外的示例性化學(xué)氣相沉積和低壓化學(xué)氣相沉積過(guò)程例如描述于美國(guó)專利4，949，005、5，143，445,5, 569，970,6, 441，541和6，710，520號(hào)。全部這些提到的專利以相關(guān)部分通過(guò)引用結(jié)合到本文中。 如本領(lǐng)域技術(shù)人員通常所理解的，在典型的物理氣相沉積(PVD)過(guò)程中，通過(guò)物理過(guò)程使材料氣化，隨后在基材上冷凝以形成沉積物。有時(shí)，氣化的材料可經(jīng)歷反應(yīng)例如氧化(通過(guò)與氧反應(yīng))。通常，通過(guò)以下步驟在基材上制備沉積物通過(guò)物理方式將待沉積的材料轉(zhuǎn)化成蒸氣，將蒸氣從其來(lái)源傳送至基材，和在基材上冷凝蒸氣。本文使用的PVD過(guò)程可包括熱蒸發(fā)、RF蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、反應(yīng)性蒸發(fā)、DC濺射、RF濺射、微波濺射、磁控管濺射、微波增強(qiáng)DC磁控管濺射、電弧等離子體沉積、反應(yīng)性濺射、激光燒蝕等。這些相應(yīng)類型的PVD不總是旨在相互排他；因此，還預(yù)期采用多于一種前述PVD過(guò)程的組合。例如，應(yīng)理解“磁控管濺射”可包括DC和RF磁控管濺射兩者。類似地，應(yīng)理解“DC磁控管濺射”可包括“微波增強(qiáng)DC磁控管濺射”。當(dāng)RF磁控管濺射用于沉積多層涂層時(shí)，人們可適宜地采用在美國(guó)專利6，494，997號(hào)所示的過(guò)程，其相關(guān)的部分通過(guò)引用結(jié)合到本文中。在磁控管濺射中，用高能惰性氣體等離子體轟擊標(biāo)靶。濺射的原子在冷玻璃或石英外殼上冷凝?？墒褂肈C (直流電流)、脈沖DC (40-400 KHz)或RF (射頻，13. 65 MHz)過(guò)程。當(dāng)采用濺射時(shí)，人們可使用單一靶，所述靶容納用于形成高折射率層的混合金屬氧化物的合金和/或金屬混合物?；蛘撸墒褂枚鄠€(gè)靶，每個(gè)容納一種或多種金屬。再其它，還可使用含有金屬氧化物或其它化合物的一個(gè)或多個(gè)靶。通常，這樣的濺射操作通常在氧/氬氣氣氛下進(jìn)行。當(dāng)涂層的預(yù)期用途是充當(dāng)光源或燈的通帶濾光器時(shí)，涂布的基材可通常包括燈的透光外殼。在一些實(shí)施方案中，光學(xué)干涉多層涂層可在基材上沉積。這種基材可包括選自以下中的至少一種的材料玻璃、石英、熔融硅石或?qū)嵸|(zhì)上透明的陶瓷等。當(dāng)采用包含實(shí)質(zhì)上透明的陶瓷的基材時(shí)，其可選自由多晶氧化鋁、藍(lán)寶石和YAG (釔鋁石榴石)等中的一種或多種組成的材料?；牡囊粋€(gè)實(shí)例可為由任何透明或半透明的材料制成的燈外殼，所述材料例如石英或玻璃或以上提到的基材物質(zhì)的任何種類。不特別限制基材的形狀，但是例如可包括例如圓柱形或橢圓形等的形狀。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，還提供了包括本公開(kāi)的光學(xué)干涉多層涂層的燈。這種燈通常包含具有表面的透光外殼和光源，其中外殼至少部分封裝光源。透光外殼的至少一部分表面提供有如上所述的光學(xué)干涉多層涂層。如通常已知的，這樣的透光外殼可由透光至明顯程度并且能承受相對(duì)熱的溫度(例如，約800°C或甚至以上)的任何材料組成；例如，其可由玻璃、石英、熔融硅石或?qū)嵸|(zhì)上透明的陶瓷；或任何上述基材物質(zhì)組成。光源可為白熾光源(例如，通過(guò)電阻加熱燈絲提供光的光源)；和/或其可為電弧放電光源，例如高強(qiáng)度放電器(HID)光源；和/或其可為另一種類型的光源。通常，當(dāng)采用燈絲時(shí)，其由耐火金屬組成，通常為盤(pán)繞形式，例如鎢等，如眾所周知的。為了給燈供能，通常提供至少一個(gè)布置在外殼中并且與延伸通過(guò)外殼的電流供應(yīng)導(dǎo)體(或電導(dǎo)線)連接的電元件。通常，外殼封裝填充氣體。優(yōu)選的填充氣體包括經(jīng)選擇以促進(jìn)燈壽命、品質(zhì)和/或性能的任何氣體或氣態(tài)混合物。一些填充氣體可包括可電離的填充氣體，例如至少一種稀有氣體(例如，氪或氙)，和/或可蒸發(fā)的鹵素物質(zhì)，例如烷基鹵化合物(例如，甲基溴)?？赏ǔ２捎煤u素的氣體。還預(yù)期許多其它填充組合物，例如可包括金屬鹵化物、汞和它們的組合的那些。本公開(kāi)的燈可在燈外殼的內(nèi)表面或外表面上具有光學(xué)干涉多層涂層?；蛘撸瑹艨稍跓敉鈿さ膬?nèi)表面和外表面兩者上具有光學(xué)干涉多層涂層?，F(xiàn)在參考

圖1，在此顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的一個(gè)示例性燈的示意性描述。不旨在限制，并且不是按比例的附圖。在該說(shuō)明性實(shí)施方案中，燈10包含氣密密封、玻璃質(zhì)、透光的石英外殼11，其外表面涂有光學(xué)干涉多層涂層12。外殼11封裝盤(pán)繞的鎢燈絲13，鎢燈絲13可通過(guò)內(nèi)部電導(dǎo)線14、14’供能。內(nèi)部電導(dǎo)線14、14’與箔15、15’焊接，而外部電導(dǎo)線16、16’與箔的相對(duì)端焊接。在外殼11的內(nèi)部17布置包含鹵素或鹵素化合物的可電離的填充物。當(dāng)用作燈上的涂層時(shí)，上述光學(xué)干涉涂層可有利地為這種燈(例如鹵素?zé)?提供改進(jìn)的能效。這種改進(jìn)可表現(xiàn)為提高的LPW值(流明/瓦)。當(dāng)用百分比表示時(shí)，LPW的提高稱為“增量”。當(dāng)涂有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的光學(xué)干涉膜時(shí)，鹵素?zé)粝鄬?duì)于未涂布的燈可呈現(xiàn)約20%-約150% (例如，約90%-約95%)的增量。這種比較通常在供能至相同的熱的燈絲溫度(例如，在通常的操作溫度)的相同的燈上進(jìn)行。對(duì)于所述至少一個(gè)光源包含燈絲的實(shí)施方案，涂層可設(shè)置為在400-750 nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)光中具有大于約60%的平均透射率，并且在800-1500 nm波長(zhǎng)的電磁波譜的紅外區(qū)中具有大于約50%的平均反射率。對(duì)于所述至少一個(gè)光源包含電弧或放電器的實(shí)施方案，涂層可設(shè)置為在可見(jiàn)光中提供大于60%的平均透射率和在300-370 nm波長(zhǎng)的電磁波譜的紫外區(qū)中提供大于約30%的平均反射率。此外，上述光學(xué)干涉膜還可呈現(xiàn)高的結(jié)構(gòu)和光學(xué)完整性，即使在暴露于高溫后。本發(fā)明的實(shí)施方案可提供具有光學(xué)干涉多層涂層的燈，所述涂層能在室溫和約750°C或以上(例如，約SO(TC)之間重復(fù)循環(huán)，而不會(huì)顯著機(jī)械劣化第一和第二層。在涂層于約80(TC下退火約4天后，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案涂布的燈通?？沙尸F(xiàn)在400-750 nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)光中 小于約5%的透射損失。再此外，涂有本發(fā)明的實(shí)施方案的光學(xué)干涉涂層的燈可呈現(xiàn)改進(jìn)的一致性和性能穩(wěn)定性，并且具有改進(jìn)的外觀(光滑和清澈的涂層表面)。
為了促進(jìn)進(jìn)一步理解本發(fā)明，提供以下實(shí)施例。這些實(shí)施例為說(shuō)明性的，并且不應(yīng)解釋為對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍的任何種類的限制。
實(shí)施例比較實(shí)施例I和2以及實(shí)施例3。這些比較實(shí)驗(yàn)的目的是確定在離子轟擊下通過(guò)RF磁控管濺射沉積的厚的多層涂層(設(shè)置用于反射IR的120層通帶濾光器，幾何學(xué)厚度約11微米)的最大熱穩(wěn)定性溫度，對(duì)于每種類型的涂層使用相同的條件。在I. 27 cmX2. 54 cmX I mm的石英錠上沉積樣品，其中二氧化硅用作低指數(shù)材料。測(cè)試用的溫度條件為以逐步提高的溫度各自空氣烘箱烘焙4小時(shí)；溫度范圍為550-800°C，并且以每25°C的增量繼續(xù)。也就是說(shuō)，將樣品在550°C的空氣烘箱中保持4小時(shí)，隨后測(cè)試，隨后將溫度提高25°C增量并在空氣烘箱中再次保持4小時(shí)，隨后測(cè)試，隨后溫度提高25°C增量等。在這些實(shí)施例中，關(guān)于保持沉積時(shí)的材料的有利光學(xué)和物理性質(zhì)的能力，測(cè)試熱 穩(wěn)定性。關(guān)于以下測(cè)量光學(xué)和物理性質(zhì)(I)在每個(gè)溫度下測(cè)量的光度效率(PE，在鏡面和球面兩者)；(2)在每個(gè)溫度下的明視野顯微(50倍放大)；和(3)首先“沉積時(shí)”，隨后剛好在涂層不達(dá)標(biāo)(fail)之前，和隨后剛好在不達(dá)標(biāo)之后測(cè)量的X-射線衍射(XRD)。相對(duì)于沉積時(shí)的膜，如果在400-500 nm之間PE (鏡面)透射率下降小于1%，涂層給出正等級(jí)，在測(cè)量的給定溫度下為“熱穩(wěn)定的”。按照XRD和/或顯微，在測(cè)量的溫度下，如果保持無(wú)定形，則給予涂層正等級(jí)。如果涂層保持在基材上物理完整，則給予正等級(jí)。如在表I中所述的，二氧化硅和NbTa氧化物的多層(比較實(shí)施例I)在這些標(biāo)準(zhǔn)下在625°C不達(dá)標(biāo)，而二氧化硅和Ta氧化物的多層(比較實(shí)施例2)在這些標(biāo)準(zhǔn)下在675°C不達(dá)標(biāo)。相反，使用二氧化硅作為低指數(shù)材料和NbTaZr氧化物(實(shí)施例3)作為高折射率層的多層在最高800°C時(shí)熱穩(wěn)定。NbTaZr氧化物由8. 9原子％ Nb,69. 5原子％ Ta和21. 6原子％ Zr組成，基于金屬(即，氧除外)。表I。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)干涉多層涂層，所述涂層包含 多個(gè)交替的第一和第二層，所述第一層具有相對(duì)低的折射率而所述第二層具有比第一層相對(duì)更高的折射率，其中所述第二層包含NbTaZr氧化物，滿足以下原子比Nb/ (Nb+Ta+Zr)< 約 30和Ta/(Nb+Ta+Zr)> 約 50。
2.權(quán)利要求I的光學(xué)干涉多層涂層，其中在NbTaZr氧化物中其余的金屬實(shí)質(zhì)上為Zr。
3.權(quán)利要求I的光學(xué)干涉多層涂層， 其中所述第二層包含NbTaZr氧化物，滿足以下原子比 約 5〈Nb/(Nb+Ta+Zr)< 約 10 和約 75>Ta/(Nb+Ta+Zr)> 約 65和約 20〈Zr/ (Nb+Ta+Zr)〈約 25。
4.權(quán)利要求I的光學(xué)干涉多層涂層，其中所述涂層的幾何學(xué)厚度為約I-約20微米。
5.權(quán)利要求I的光學(xué)干涉多層涂層，其中所述涂層的總層數(shù)為4-250。
6.權(quán)利要求I的光學(xué)干涉多層涂層，其中所述涂層在400-750nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)光中的平均透射率大于約60%。
7.權(quán)利要求6的光學(xué)干涉多層涂層，其中所述涂層在800-1500nm波長(zhǎng)的電磁波譜的紅外區(qū)中的平均反射率大于約50%。
8.權(quán)利要求6的光學(xué)干涉多層涂層，其中所述涂層在1500-2500nm波長(zhǎng)的電磁波譜的紅外區(qū)中的平均反射率大于約40%。
9.權(quán)利要求6的光學(xué)干涉多層涂層，其中所述涂層在2500-3500nm波長(zhǎng)的電磁波譜的紅外區(qū)中的平均反射率大于約30%。
10.一種燈，所述燈包含 具有表面的透光外殼；和 至少一個(gè)光源，所述外殼至少部分封裝所述至少一個(gè)光源； 其中透光外殼的至少一部分表面提供有包含多個(gè)交替的第一和第二層的光學(xué)干涉多層涂層，所述第一層具有相對(duì)低的折射率而所述第二層具有比第一層相對(duì)更高的折射率，其中所述第二層包含NbTaZr氧化物，滿足以下原子比Nb/(Nb+Ta+Zr)< 約 30和Ta/(Nb+Ta+Zr)> 約 50。
11.權(quán)利要求10的燈，其中所述第二層包含NbTaZr氧化物，滿足以下原子比約 5〈Nb/(Nb+Ta+Zr)< 約 30 和約 80>Ta/(Nb+Ta+Zr)> 約 50。
12.權(quán)利要求10的燈，其中所述至少一個(gè)光源包含燈絲，并且其中所述涂層在400-750 nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)光中的平均透射率大于約60%，并且在800-1500 nm波長(zhǎng)的電磁波譜的紅外區(qū)中平均反射率大于約50%。
13.權(quán)利要求10的燈，其中所述涂層能在室溫和約750°C之間重復(fù)循環(huán)，而不會(huì)顯著機(jī)械劣化第一和第二層。
14.權(quán)利要求10的燈，其中在約800°C下退火約4天后，所述涂層在400-750nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)光中呈現(xiàn)小于約5%的透射損失。
15.權(quán)利要求10的燈，其中所述至少一個(gè)光源包含燈絲，并且其中當(dāng)供能至熱的燈絲溫度時(shí)，與供能至相同的熱的燈絲溫度但不含所述涂層的相同的燈相比，所述燈呈現(xiàn)約.20%-約150%的LPff增量。
16.權(quán)利要求10的燈,其進(jìn)一步包含至少一個(gè)布置在外殼中并且與延伸通過(guò)外殼的電流供應(yīng)導(dǎo)體連接的電元件。
17.權(quán)利要求10的燈，其中所述至少一個(gè)光源包含電弧或放電器，并且其中所述涂層設(shè)置成在可見(jiàn)光中提供大于60%的平均透射率和在300-370 nm波長(zhǎng)的電磁波譜的紫外線區(qū)中提供大于約30%的平均反射率。
18.權(quán)利要求10的燈，其中所述外殼封裝包含含鹵素的氣體的填充氣體。
19.權(quán)利要求10的燈，其中所述外殼包含玻璃、石英、熔融硅石和實(shí)質(zhì)上透明的陶瓷中的至少一種。
20.權(quán)利要求10的燈，其中在所述外殼的內(nèi)表面和外表面中的一個(gè)或兩個(gè)上提供所述光學(xué)干涉多層涂層。
全文摘要
本文公開(kāi)了采用包含NbTaZr氧化物的高折射率材料的光學(xué)干涉多層涂層。這種涂層提供在高溫下有利的光學(xué)和物理性質(zhì)的增強(qiáng)的保持。本文還公開(kāi)了包含透光外殼的燈，透光外殼的至少一部分表面提供有上述光學(xué)干涉多層涂層。當(dāng)在燈上使用時(shí)，這種涂層可有利地為這種燈提供改進(jìn)的能效。
文檔編號(hào)G02B5/28GK102713696SQ201080062734
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者A.I.喬扈里 申請(qǐng)人:通用電氣公司